WO2019203070A1 - 受光素子、及び、受光素子の製造方法 - Google Patents

受光素子、及び、受光素子の製造方法 Download PDF

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light
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領 杉森
祐馬 田中
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浜松ホトニクス株式会社
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    • H01L31/1037—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type the devices comprising active layers formed only by AIVBVI compounds

Definitions

  • One aspect of the present invention relates to a light receiving element and a method for manufacturing the light receiving element.
  • Patent Document 1 describes a photoconductive infrared detector.
  • a light shielding mask is provided for a crystal that absorbs infrared rays.
  • the light shielding mask is provided with an opening for providing a light receiving portion.
  • corrugation is formed in the light shielding mask.
  • the parameters related to the interval and step of the unevenness are set so as to satisfy an interference condition that weakens against infrared rays that directly return from the light shielding mask to the optical system of the imaging apparatus.
  • Patent Document 2 describes a semiconductor light receiving device.
  • the light receiving device includes an n-type InP substrate, an n-type InP layer formed on the n-type InP substrate, a p-type InP layer formed on the n-type InP layer, and an opening in a part of the p-type InP layer.
  • a dielectric film formed on the p-type InP layer and a light shielding mask metal layer that is formed on the dielectric film and shields light incident on other than the light receiving portion are provided. Irregularities are formed on the surface of the metal layer.
  • JP-A-4-84462 Japanese Patent No. 2774006
  • the irregularity of the infrared image is eliminated by setting the periodic unevenness parameter of the light shielding mask so as to satisfy the interference condition that weakens the return light. I am trying to do that.
  • the surface of the metal layer for the light-shielding mask is formed with irregularities to diffusely reflect the incident light, thereby preventing noise caused by the return light.
  • An object of one aspect of the present invention is to provide a light receiving element capable of reducing the reflectance in the light shielding portion, and a method for manufacturing the light receiving element.
  • a light receiving element includes a semiconductor portion having a first surface including a light receiving portion and a light shielding portion, and a metal film for light shielding provided on the light shielding portion.
  • the second surface has a second surface facing the first surface and receiving light, and a plurality of recesses are formed on the second surface, and the inner surface of the recess moves from the second surface toward the bottom of the recess. It includes a curved surface portion that bends so that the size of the recess in the direction along the second surface is reduced.
  • a metal film for light shielding is formed on the light shielding part on the first surface of the semiconductor part.
  • the metal film has a second surface facing the side opposite to the first surface.
  • a plurality of recesses are formed on the second surface.
  • the inner surface of a recessed part contains the curved surface part which curves so that a recessed part may shrink
  • the curved surface portion may extend so as to constitute a bottom portion.
  • incident light can be diffused with certainty.
  • the size of the concave portion on the second surface may be equal to or smaller than the size of the metal film in the direction intersecting the second surface.
  • the curved surface portion is formed in a hemispherical shape with the size of the concave portion on the second surface as a diameter, the light shielding property can be sufficiently maintained by leaving the metal film immediately below the bottom portion of the concave portion.
  • the second surface may include a flat region provided around the recess.
  • the reflectance can be reliably reduced by the interference between the light reflected by the flat region on the second surface and the light reflected by the inner surface of the recess.
  • the recesses may be arranged at a constant pitch along the second surface. In this case, the formation of the recess can be facilitated.
  • the light receiving unit and the metal film exposed from the metal film are formed by forming a metal film for light shielding on a part of the first surface of the semiconductor unit. Forming a plurality of recesses on the second surface by the first step of forming the light-shielding portion covered with the first surface on the first surface and isotropic etching of the second surface facing the opposite side of the first surface in the metal film And a second step.
  • a light receiving element including a semiconductor portion having a first surface including a light receiving portion and a light shielding portion, and a metal film provided on the light shielding portion and having a plurality of recesses is produced.
  • the inner surface of the recess can be formed by isotropic etching of the second surface of the metal film so as to include a curved surface portion that bends so that the recess decreases as it goes from the second surface of the metal film toward the bottom of the recess. Therefore, according to this manufacturing method, it is possible to manufacture a light receiving element in which the reflectance at the light shielding portion is reduced.
  • the isotropic etching may be wet etching.
  • the inner surface of the recess formed by etching is roughened. For this reason, the light receiving element in which the reflectance at the light shielding portion is further reduced can be manufactured.
  • a light receiving element capable of reducing the reflectance at the light shielding portion and a method for manufacturing the light receiving element.
  • FIG. 2 is a plan view of the light receiving element shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partial sectional view taken along line III-III in FIG. 2. It is a figure which shows the recessed part shown by FIG. It is a fragmentary sectional view which shows the light receiving element which simplified the light receiving element shown by FIG. It is a fragmentary sectional view which shows the main processes of the manufacturing method of the light receiving element shown by FIG. It is a fragmentary sectional view which shows the main processes of the manufacturing method of the light receiving element shown by FIG. It is a fragmentary sectional view which shows the main processes of the manufacturing method of the light receiving element shown by FIG. It is a fragmentary sectional view which shows the main processes of the manufacturing method of the light receiving element shown by FIG.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a rotary encoder according to an embodiment.
  • the rotary encoder 100 includes a code wheel 101, a rotating shaft 102, a light emitting element 103, and a light receiving element 1.
  • the code wheel 101 is formed in a disk shape by glass or metal, for example.
  • a plurality of slits 101 s are formed in the outer peripheral portion of the code wheel 101 along the circumferential direction.
  • the rotating shaft 102 is provided at the center of the code wheel 101, and rotates the code wheel 101 by a rotation amount corresponding to the operation of a driving unit (not shown).
  • the light emitting element 103 and the light receiving element 1 are arranged to face each other with the code wheel 101 interposed therebetween.
  • the light emitting element 103 for example, a semiconductor light emitting element, such as a light emitting diode or a laser diode.
  • a fixed slit plate (not shown) is interposed between the code wheel 101 and the light emitting element 103.
  • the light receiving element 1 is, for example, a semiconductor light receiving element, such as a photodiode.
  • a light receiving surface (a first surface 1 s and a second surface 5 s described later) of the light receiving element 1 faces the plate surface of the code wheel 101.
  • the light receiving element 1 is electrically connected to a computer (not shown) or the like, and outputs an electrical signal generated according to incident light.
  • the light emitted from the light emitting element 103 is incident on the light receiving element 1 through the slit of the fixed slit plate and the slit 101 s of the code wheel 101. At this time, the amount of incident light periodically changes as the code wheel 101 rotates.
  • the light receiving element 1 outputs an electrical signal corresponding to a change in the amount of light.
  • the electrical signal output from the light receiving element 1 is input to a computer or the like, the rotation amount of the code wheel 101 is detected.
  • the light receiving surface of the light receiving element 1 and the plate surface of the code wheel 101 are disposed close to and opposed to each other. For this reason, the reflected light on the light receiving surface may be reflected on the plate surface of the code wheel 101 and enter the light receiving surface again. In order to suppress this, it is one idea to form an antireflection film on the plate surface of the code wheel 101. However, in this case, the manufacturing cost of the code wheel 101 increases. Therefore, in order to solve this problem, it is considered effective to reduce the reflectance of the light receiving surface of the light receiving element 1.
  • requirement of reducing the reflectance of a light-receiving surface is not only in the case where the light receiving element 1 is used for the rotary encoder 100, but also in the structure by which the other member which opposes a light-receiving surface is arrange
  • FIG. 2 is a plan view of the light receiving element shown in FIG.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • the light receiving element 1 includes a semiconductor portion 2, insulating films 3 ⁇ / b> A and 3 ⁇ / b> B, a wiring layer 4, and a metal film 5.
  • the semiconductor unit 2 includes, for example, silicon (for example, a silicon substrate).
  • the semiconductor unit 2 includes a first surface 1s that is a light receiving surface.
  • a diffusion layer 2m is formed in a partial region on the first surface 1s side of the semiconductor unit 2 so as to be exposed to the first surface 1s.
  • the first surface 1s includes a plurality of light receiving portions 1A and a single light shielding portion 1B.
  • the light receiving portion 1A is provided corresponding to the diffusion layer 2m. That is, the light receiving portion 1A serves as a light incident portion for a region in the semiconductor portion 2 where incident light is converted into an electrical signal.
  • the light shielding portion 1 ⁇ / b> B is shielded from light by the wiring layer 4 and / or the metal film 5.
  • the area covered with the wiring layer 4 and / or the metal film 5 in the first surface 1s as viewed from the direction intersecting (orthogonal) with the first surface 1s is the light shielding portion 1B.
  • the area exposed from the metal film 5 is the light receiving unit 1A.
  • the light receiving portion 1 ⁇ / b> A is provided by the opening 5 h provided in the metal film 5.
  • the insulating film 3A is provided on the first surface 1s.
  • the insulating film 3A is made of, for example, silicon oxide (for example, SiO 2 ).
  • the wiring layer 4 is provided on the insulating film 3A.
  • the wiring layer 4 is made of, for example, aluminum, an aluminum alloy (for example, an alloy of aluminum and copper or silicon), tungsten, titanium, or titanium nitride.
  • An opening 3Ah (contact hole) is formed in the insulating film 3A, and the wiring layer 4 is in contact with and electrically connected to the semiconductor portion 2 (diffusion layer 2m) through the opening 3Ah.
  • the insulating film 3B is provided on the insulating film 3A and the wiring layer 4.
  • the insulating film 3B is made of, for example, silicon oxide (for example, SiO 2 ).
  • An opening 3Bh is formed in the insulating film 3B, and the wiring layer 4 is exposed to the outside through the opening 3Bh.
  • a portion exposed from the opening 3Bh in the wiring layer 4 is used as a pad portion to which a wire for taking out an electric signal from the light receiving element 1 is connected, for example.
  • the metal film 5 is provided on the insulating films 3 ⁇ / b> A and 3 ⁇ / b> B and the wiring layer 4. That is, the metal film 5 is formed on the first surface 1 s (the light shielding portion 1 B) via the insulating films 3 A and 3 B and the wiring layer 4. The metal film 5 is in contact only with the insulating film 3B. For this reason, even if the metal film 5 and the wiring layer 4 overlap when viewed from the direction intersecting the first surface 1s, the insulating film 3B is interposed between them and is electrically isolated from each other. . On the other hand, an opening 5p is formed in the metal film 5 at a position corresponding to the opening 3Bh.
  • the metal film 5 is not provided at the position corresponding to the opening 5p in the light shielding portion 1B, the wiring layer 4 is disposed. That is, in the light receiving element 1, at least one metal of the metal film 5 and the wiring layer 4 is disposed on the light shielding portion 1B, and light shielding is obtained.
  • the metal film 5 is made of, for example, aluminum, an aluminum alloy (for example, an alloy of aluminum and copper or silicon), tungsten, titanium, or titanium nitride.
  • the metal film 5 may be configured by the same process and material as the wiring layer 4.
  • the metal film 5 has a second surface 5 s facing the first surface 1 s of the semiconductor part 2.
  • the second surface 5s is exposed to the outside. Therefore, the second surface 5s is also a light receiving surface that receives light.
  • a plurality of recesses 6 are formed on the second surface 5s.
  • the recess 6 is formed over the entire second surface 5s. Subsequently, the recess 6 will be described.
  • FIG. 4 is a diagram showing the recess shown in FIG. 4A is an enlarged plan view of a region A in FIG. 3, and FIGS. 4B and 4C are cross-sectional views showing a single recess.
  • the recess 6 has a circular shape when viewed from a direction intersecting (orthogonal) with the second surface 5 s.
  • the diameter D of the recess 6 (the maximum value of the size of the recess 6 in the second surface 5s) is, for example, 0.3 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the thickness T of the metal film 5 (the size of the metal film 5 in the direction intersecting the second surface 5s) is, for example, about 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the diameter D of the recess 6 does not depend on the thickness T of the metal film 5.
  • the time required for the wet etching can be arbitrarily formed by controlling the metal film 5 to remain just below the bottom portion 6b of the concave portion 6 so that the light shielding property can be sufficiently maintained.
  • the recesses 6 are arranged at a constant pitch P along the second surface 5s (at least in one direction).
  • the pitch P is the distance between the centers of the recesses 6 adjacent to each other.
  • the recesses 6 are arranged at the same pitch P in two directions (directions orthogonal to each other) along the second surface 5s.
  • the pitch P is, for example, 0.6 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the pitch P is larger than the diameter D of the recess 6. Therefore, a flat region R that is not a recess is formed between the recesses 6 adjacent to each other at the pitch P.
  • the second surface 5 s includes a flat region R provided around the recess 6.
  • the recesses 6 are not continuous with each other and are separated from each other.
  • the inner surface 6 s of the recess 6 has a curved surface portion 7.
  • the curved surface portion 7 extends from the second surface 5s to the bottom portion 6b of the concave portion 6, and is bent so that the size of the concave portion 6 is reduced from the second surface 5s toward the bottom portion 6b.
  • the cross-sectional shape of the curved surface portion 7 is, for example, an arc shape.
  • the inner surface 6s of the recess 6 may include a curved surface portion 7 extending from the second surface 5s and a flat portion 8 positioned on the bottom portion 6b.
  • the entire inner surface 6 s of the recess 6 may be a curved surface portion 7.
  • the curved surface portion 7 extends so as to constitute the bottom portion 6 b of the concave portion 6.
  • the diameter D of the recess 6 is equal to or less than the thickness T of the metal film 5.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a light receiving element in which the light receiving element shown in FIG. 3 is simplified.
  • the light receiving element 10 is different from the light receiving element 1 in that the light receiving element 10 does not have the insulating film 3 ⁇ / b> B and includes a pad portion 4 ⁇ / b> A instead of the wiring layer 4.
  • the other points of the light receiving element 10 are the same as those of the light receiving element 1.
  • a base body 50 having a semiconductor portion 2 and an insulating film 3A in which an opening 3Ah is formed is prepared (step S101).
  • a metal film 51 for the metal film 5 and the pad portion 4A is formed on the insulating film 3A (step S102, first step).
  • a resist 52 is applied on the metal film 51 (step S103, first step).
  • the resist 52 is patterned by exposure and development to form a mask 53 (step S104, first step).
  • An opening 53h is formed in the mask 53 at a position corresponding to the light receiving unit 1A.
  • step S105 first step
  • the metal film 51 is etched using the mask 53 (step S105, first step).
  • step S105 first step
  • the part exposed to the opening 53h in the metal film 51 is removed, and the metal film 54 and the pad portion 4A are formed.
  • the metal film 54 is a portion that will later become the metal film 5.
  • the mask 53 is removed (step S106).
  • the light-receiving portion 1A exposed from the metal film 54 and the metal film 54 are covered by forming the light-shielding metal film 54 on a part of the first surface 1s of the semiconductor portion 2.
  • the light shielding portion 1B is formed on the first surface 1s.
  • a resist 55 is applied on the metal film 54, the insulating film 3A, and the pad portion 4A (step S201, second step).
  • the resist 55 is patterned by exposure and development to form a mask 56 (step S202, second step).
  • a plurality of openings 56 h are formed in the mask 56 so as to correspond to the recesses 6.
  • the metal film 54 is etched using the mask 56 to form a plurality of recesses 6 in the metal film 54, thereby forming the metal film 5 (step S203).
  • the etching is isotropic etching such as wet etching.
  • the diameter D and pitch P of the recesses 6 can be controlled by controlling the size and pitch of the openings 56h of the mask 56, the etching time in step S203, and the like.
  • step S204 the mask 56 is removed (step S204).
  • steps S201 to S204 a plurality of recesses 6 are formed in the second surface (second surface 5s) by isotropic etching of the second surface facing the first surface 1s in the metal film 54. Thereby, the light receiving element 10 is obtained.
  • the metal film 5 for light shielding is formed on the light shielding portion 1 ⁇ / b> B of the first surface 1 s of the semiconductor portion 2.
  • the metal film 5 has a second surface 5 s facing the side opposite to the first surface 1 s.
  • a plurality of recesses 6 are formed on the second surface 5s.
  • the inner surface 6 s of the recess 6 includes a curved surface portion 7 that bends so that the recess 6 decreases as it goes from the second surface 5 s of the metal film 5 toward the bottom 6 b of the recess 6.
  • part of the light incident on the second surface 5 s of the metal film 5 is reflected and diffused in various directions by the curved surface portion 7 of the inner surface 6 s of the recess 6.
  • the reflectance in the light shielding part 1B is reduced.
  • the diameter D of the recess 6 does not depend on the thickness T of the metal film 5.
  • the time required for the wet etching can be arbitrarily formed by controlling the metal film 5 to remain just below the bottom portion 6b of the concave portion 6 so that the light shielding property can be sufficiently maintained.
  • the curved surface portion 7 may extend so as to constitute the bottom portion 6b. In this case, since the entire inner surface 6s of the recess 6 becomes the curved surface portion 7, incident light can be diffused with certainty.
  • the second surface 5 s includes a flat region R provided around the recess 6. For this reason, the reflectance can be reliably reduced by the interference between the light reflected by the flat region R on the second surface 5s and the light reflected by the inner surface 6s of the recess 6.
  • the recesses 6 are arranged at a constant pitch P along the second surface 5s. For this reason, formation of the recessed part 6 can be facilitated.
  • the semiconductor part 2 having the first surface 1s including the light receiving part 1A and the light shielding part 1B, and the metal film provided on the light shielding part 1B and having a plurality of recesses 6 formed therein. 5 are manufactured.
  • the isotropic etching of the second surface of the metal film 54 causes the inner surface 6s of the recess 6 to bend so that the recess 6 decreases as the distance from the second surface 5s of the metal film 5 toward the bottom 6b of the recess 6 decreases. 7 can be formed. Therefore, according to this manufacturing method, it is possible to manufacture the light receiving elements 1 and 10 in which the reflectance in the light shielding portion 1B is reduced.
  • the isotropic etching is wet etching. For this reason, compared with dry etching, the inner surface 6s of the recess 6 formed by etching is roughened. For this reason, the light receiving elements 1 and 10 in which the reflectance in the light shielding portion 1B is further reduced can be manufactured.
  • FIG. 11 is a photograph showing a part of the metal film of the light receiving element according to the example and the comparative example.
  • FIG. 11A is a photograph of the second surface of the metal film of the light receiving element according to the example.
  • FIG. 11B is a photograph of the second surface of the metal film of the light receiving element according to the comparative example.
  • the material of the metal film 5 is aluminum
  • the size of the opening 56h of the mask 56 is 0.8 ⁇ m
  • etching is performed for 10 seconds by wet etching.
  • the etching agent was a mixed acid containing phosphoric acid.
  • the anisotropic dry etching is an ECR method (however, the anisotropic dry etching may be an ICP method).
  • FIG. 11A in the example, a plurality of concave portions 6 including a curved surface portion that bends so as to decrease from the second surface toward the bottom portion was formed.
  • FIG. 11B in the comparative example, the concave portion 6A on the inner surface extending flat in the direction from the second surface toward the bottom portion was formed.
  • FIG. 12 is a graph showing the reflectance of the light receiving elements according to the example and the comparative example.
  • the reflectance L1 of the light receiving element (metal film) according to the example is indicated by a solid line
  • the reflectance L2 of the light receiving element (metal film) according to the comparative example is indicated by a broken line.
  • the reflectance L1 according to the example was lower than the reflectance L2 according to the comparative example in almost the entire measurement range of the wavelength from 380 nm to 1040 nm.
  • the reflectance L1 according to the example is less than 20% in the wavelength range of 580 nm to 1040 nm, and it was confirmed that the reflectance is sufficiently reduced.
  • the above embodiment describes one embodiment of a light receiving element and a method for manufacturing the light receiving element according to one aspect of the present invention. Therefore, the light receiving element according to one aspect of the present invention and the method for manufacturing the light receiving element are not limited to the above-described embodiment, and can be arbitrarily changed. Subsequently, modified examples will be described.
  • FIG. 13 shows, for example, the above-described light receiving element 10 of the light receiving element according to the modification, and may be changed as shown in FIG.
  • the diffusion layer 2 m is changed as compared with the light receiving element 10.
  • the diffusion layer 2m extends from the region below the light receiving unit 1A beyond the region below the metal film 5 and the light shielding unit 1B.
  • the diffusion layer 2m is in contact with and electrically connected to the pad portion 4A at a position corresponding to the opening 5p of the metal film 5.
  • the diffusion layer 2m may be used as a wiring layer.
  • FIG. 14 is a view showing a metal film according to a modification.
  • the pitch P of the recesses 6 substantially matches the diameter D of the recesses 6.
  • region R is not substantially formed between the recessed parts 6 mutually adjacent with the pitch P.
  • a flat region R is formed between the concave portions 6 adjacent to each other at a pitch different from the pitch P (the concave portions 6 adjacent to each other in the direction intersecting the two arrangement directions at the pitch P).
  • the ratio of the area occupied by the recess 6 and the area occupied by the region R in the second surface 5s is different from the case shown in FIG.
  • the area ratio between the recess 6 and the region R can be appropriately controlled according to the desired reflection mode.
  • the pitch and size of the recesses 6 may be random. Note that any one of the pitch and the size of the recesses 6 may be random.
  • the planar shape of the recess 6 may be a shape other than a circular shape such as a hexagonal shape or a rectangular shape.
  • the pitch of the arrangement of the recesses 6 is made equal in two directions intersecting at an angle of 45 ° to form the recesses 6 in a triangular lattice shape. May be arranged.
  • wet etching is exemplified as isotropic etching for forming the recess 6, but isotropic dry etching such as chemic dry etching can also be used.
  • the example in which the light receiving element 1 is used in a rotary encoder has been described.
  • the light receiving elements 1, 10, and 10A according to this embodiment are not limited to this, and can be used in any situation. Is possible.

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Abstract

受光部と遮光部とを含む第１面を有する半導体部と、前記遮光部上に設けられた遮光のための金属膜と、を備え、前記金属膜は、前記第１面と反対側に臨み光の入射を受ける第２面を有し、前記第２面には、複数の凹部が形成されており、前記凹部の内面は、前記第２面から前記凹部の底部に向かうにつれて前記第２面に沿った方向における前記凹部のサイズが縮小するように曲がる曲面部を含む、受光素子。

Description

受光素子、及び、受光素子の製造方法
　本発明の一側面は、受光素子、及び、受光素子の製造方法に関する。
　特許文献１には、光伝導型赤外線検出器が記載されている。この検出器は、赤外線を吸収する結晶に対して遮光マスクを設けている。遮光マスクには、受光部を提供する開口が設けられている。また、遮光マスクには、周期的な凹凸が形成されている。そして、当該凹凸の間隔及び段差に係るパラメータが、遮光マスクから撮像装置の光学系に直接戻る赤外線に対して弱め合う干渉条件を満たすように設定されている。
　特許文献２には、半導体受光装置が記載されている。この受光装置は、ｎ型ＩｎＰ基板と、ｎ型ＩｎＰ基板上に形成されたｎ型ＩｎＰ層と、ｎ型ＩｎＰ層上に形成されたｐ型ＩｎＰ層と、ｐ型ＩｎＰ層の一部に開口するようにｐ型ＩｎＰ層上に形成された誘電体膜と、誘電体膜上に形成され、受光部以外へ入射する光を遮光する遮光マスク用の金属層と、を備えている。金属層の表面には凹凸が形成されている。
特開平４－８４４６２号公報 特許第２７７４００６号公報
　特許文献１に記載された検出器にあっては、遮光マスクの周期的な凹凸のパラメータを、戻り光に対して弱め合う干渉条件を満たすように設定することにより、赤外画像の乱れをなくすことを図っている。また、特許文献２に記載された受光装置にあっては、遮光マスク用の金属層の表面に凹凸を形成して入射光を乱反射させることにより、戻り光によるノイズの防止を図っている。このように、上記技術分野にあっては、遮光部における反射率を低減することが望まれている。
　本発明の一側面は、遮光部における反射率を低減可能な受光素子、及び、受光素子の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る受光素子は、受光部と遮光部とを含む第１面を有する半導体部と、遮光部上に設けられた遮光のための金属膜と、を備え、金属膜は、第１面と反対側に臨み光の入射を受ける第２面を有し、第２面には、複数の凹部が形成されており、凹部の内面は、第２面から凹部の底部に向かうにつれて第２面に沿った方向における凹部のサイズが縮小するように曲がる曲面部を含む。
　この受光素子においては、半導体部の第１面の遮光部上に、遮光のための金属膜が形成されている。金属膜は、第１面と反対側に臨む第２面を有する。第２面には、複数の凹部が形成されている。そして、凹部の内面は、金属膜の第２面から凹部の底部に向かうにつれて凹部が縮小するように曲がる曲面部を含む。このため、金属膜の第２面に入射した光の一部が、凹部の内面の曲面部によって種々の方向に反射されて拡散される。この結果、遮光部における反射率が低減される。
　本発明の一側面に係る受光素子においては、曲面部は、底部を構成するように延在していてもよい。この場合、凹部の内面の全体が曲面部となるため、入射光を確実に拡散させることができる。
　本発明の一側面に係る受光素子においては、第２面における凹部のサイズは、第２面に交差する方向における金属膜のサイズ以下であってもよい。この場合、第２面における凹部のサイズを直径とする半球面状に曲面部を形成しても、凹部の底部の直下に金属膜を残存させて遮光性を十分に維持できる。
　本発明の一側面に係る受光素子においては、第２面は、凹部の周囲に設けられた平坦な領域を含んでもよい。この場合、第２面における平坦な領域で反射した光と、凹部の内面で反射した光との干渉によって、反射率を確実に低減可能である。
　本発明の一側面に係る受光素子においては、凹部は、第２面に沿って一定のピッチで配列されていてもよい。この場合、凹部の形成を容易化できる。
　ここで、本発明の一側面に係る受光素子の製造方法は、半導体部の第１面の一部上に遮光のための金属膜を形成することにより、金属膜から露出した受光部と金属膜に覆われた遮光部とを第１面に形成する第１工程と、金属膜における第１面と反対側に臨む第２面の等方性のエッチングにより、第２面に複数の凹部を形成する第２工程と、を備える。
　この製造方法によれば、受光部と遮光部とを含む第１面を有する半導体部と、遮光部上に設けられ、複数の凹部が形成された金属膜と、を備える受光素子が製造される。特に、金属膜の第２面の等方性エッチングによって、凹部の内面を、金属膜の第２面から凹部の底部に向かうにつれて凹部が縮小するように曲がる曲面部を含むように形成できる。したがって、この製造方法によれば、遮光部における反射率が低減された受光素子を製造できる。
　本発明の一側面に係る受光素子の製造方法においては、等方性のエッチングは、ウェットエッチングであってもよい。この場合、ドライエッチングと比較して、エッチングにより形成される凹部の内面が粗面化される。このため、遮光部における反射率がより低減された受光素子を製造できる。
　本発明の一側面によれば、遮光部における反射率を低減可能な受光素子、及び、受光素子の製造方法を提供できる。
実施形態に係るロータリーエンコーダを示す模式的な斜視図である。 図１に示された受光素子の平面図である。 図２のIII－III線に沿っての部分断面図である。 図３に示された凹部を示す図である。 図３に示された受光素子を簡素化した受光素子を示す部分断面図である。 図５に示された受光素子の製造方法の主な工程を示す部分断面図である。 図５に示された受光素子の製造方法の主な工程を示す部分断面図である。 図５に示された受光素子の製造方法の主な工程を示す部分断面図である。 図５に示された受光素子の製造方法の主な工程を示す部分断面図である。 図５に示された受光素子の製造方法の主な工程を示す部分断面図である。 実施例及び変形例に係る受光素子の金属膜の一部を示す写真である。 実施例及び比較例に係る受光素子の反射率を示すグラフである。 変形例に係る受光素子の部分断面図である。 変形例に係る金属膜を示す図である。 変形例に係る金属膜を示す平面図である。 変形例に係る金属膜を示す平面図である。
　以下、本発明の一側面の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
　図１は、実施形態に係るロータリーエンコーダを示す模式的な斜視図である。図１に示されるように、ロータリーエンコーダ１００は、コードホイール１０１、回転軸１０２、発光素子１０３、及び、受光素子１を備えている。コードホイール１０１は、例えばガラスや金属等により円板状に形成されている。コードホイール１０１の外周部には、周方向に沿って複数のスリット１０１ｓが形成されている。回転軸１０２は、コードホイール１０１の中心に設けられており、図示しない駆動部の動作に応じた回転量によりコードホイール１０１を回転させる。
　発光素子１０３及び受光素子１は、コードホイール１０１を挟むように互いに対向して配置されている。発光素子１０３、例えば、半導体発光素子であって、発光ダイオードやレーザダイオード等である。コードホイール１０１と発光素子１０３の間には、図示しない固定スリット板が介在される。受光素子１は、例えば、半導体受光素子であって、フォトダイオード等である。受光素子１の受光面（後述する第１面１ｓ及び第２面５ｓ）は、コードホイール１０１の板面に対向している。受光素子１は、図示しないコンピュータ等に電気的に接続されており、入射光に応じて発生した電気信号を出力する。
　ロータリーエンコーダ１００においては、発光素子１０３から出射された光が、固定スリット板のスリット及びコードホイール１０１のスリット１０１ｓを介して受光素子１に入射される。このとき、コードホイール１０１の回転により入射光の光量が周期的に変化する。受光素子１は、光量の変化に応じた電気信号を出力する。受光素子１から出力された電気信号がコンピュータ等に入力されることにより、コードホイール１０１の回転量が検出される。
　上述したように、受光素子１の受光面とコードホイール１０１の板面とは、互いに近接及び対向して配置される。このため、受光面での反射光が、コードホイール１０１の板面で反射されて再び受光面に入射するおそれがある。これを抑制するためには、コードホイール１０１の板面に反射防止膜を形成することが一案である。しかしながら、この場合には、コードホイール１０１の製造コストが増大する。したがって、この問題を解決するためには、受光素子１の受光面の反射率を低減することが有効と考えられる。また、受光面の反射率を低減する要求は、受光素子１をロータリーエンコーダ１００に用いる場合に限らず、受光面に対向する他の部材が近接して配置される構成や、その他の構成においても同様に存在する。
　引き続いて、受光素子１について説明する。図２は、図１に示された受光素子の平面図である。図３は、図２のIII－III線に沿っての部分断面図である。図２，３に示されるように、受光素子１は、半導体部２と、絶縁膜３Ａ，３Ｂと、配線層４と、金属膜５と、を備えている。半導体部２は、例えば、シリコンを含む（一例としてシリコン基板である）。半導体部２は、受光面である第１面１ｓを含む。半導体部２の第１面１ｓ側の一部の領域には、第１面１ｓに露出するように拡散層２ｍが形成されている。
　第１面１ｓは、複数の受光部１Ａと単一の遮光部１Ｂとを含む。受光部１Ａは、拡散層２ｍに対応して設けられている。すなわち、受光部１Ａは、半導体部２において入射光を電気信号に変換する領域への光入射部となる。遮光部１Ｂは、配線層４及び／又は金属膜５によって遮光されている。換言すれば、第１面１ｓのうち、第１面１ｓに交差（直交）する方向からみて、配線層４及び／又は金属膜５に覆われているエリアが遮光部１Ｂであり、配線層４及び／又は金属膜５から露出しているエリアが受光部１Ａである。ここでは、金属膜５に設けられた開口５ｈによって受光部１Ａが提供される。
　絶縁膜３Ａは、第１面１ｓ上に設けられている。絶縁膜３Ａは、例えばシリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）からなる。配線層４は、絶縁膜３Ａ上に設けられている。配線層４は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金（例えば、アルミニウムと銅やシリコンとの合金）、タングステン、チタン、又は、窒化チタン等からなる。絶縁膜３Ａには、開口３Ａｈ（コンタクトホール）が形成されており、配線層４は、この開口３Ａｈを介して半導体部２（拡散層２ｍ）に接触して電気的に接続されている。
　絶縁膜３Ｂは、絶縁膜３Ａ及び配線層４上に設けられている。絶縁膜３Ｂは、例えばシリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）からなる。絶縁膜３Ｂには、開口３Ｂｈが形成されており、配線層４は、この開口３Ｂｈを介して外部に露出している。配線層４における開口３Ｂｈから露出した部分は、例えば受光素子１から電気信号を取り出すためのワイヤが接続されるパッド部として用いられる。
　金属膜５は、絶縁膜３Ａ，３Ｂ及び配線層４上に設けられている。すなわち、金属膜５は、絶縁膜３Ａ，３Ｂ及び配線層４を介して、第１面１ｓ（遮光部１Ｂ）上に形成されている。なお、金属膜５は、絶縁膜３Ｂにのみ接触している。このため、金属膜５と配線層４とは、第１面１ｓに交差する方向からみて重複していても、互いの間に絶縁膜３Ｂが介在されており、互いに電気的に分離されている。一方、金属膜５には、開口３Ｂｈに対応する位置に開口５ｐが形成されている。したがって、遮光部１Ｂにおける開口５ｐに対応する位置には、金属膜５が設けられていないが、配線層４が配置されている。すなわち、受光素子１においては、遮光部１Ｂ上には、金属膜５と配線層４との少なくとも一方の金属が配置されており、遮光が得られている。
　金属膜５は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金（例えば、アルミニウムと銅やシリコンとの合金）、タングステン、チタン、又は、窒化チタン等からなる。金属膜５は、例えば、配線層４と同一の工程・材料により構成されてもよい。金属膜５は、半導体部２の第１面１ｓと反対側に臨む第２面５ｓを有している。第２面５ｓは、外部に露出している。したがって、第２面５ｓは、光の入射を受ける受光面でもある。第２面５ｓには、複数の凹部６が形成されている。凹部６は、第２面５ｓの全体にわたって形成されている。引き続いて、この凹部６について説明する。
　図４は、図３に示された凹部を示す図である。図４の（ａ）は、図３の領域Ａの拡大平面図であり、図４の（ｂ），（ｃ）は単一の凹部を示す断面図である。図４に示されるように、ここでは、凹部６は、第２面５ｓに交差（直交）する方向からみて、円形状である。凹部６の直径Ｄ（第２面５ｓにおける凹部６のサイズの最大値）は、例えば０．３μｍ～５μｍである。金属膜５の厚さＴ（第２面５ｓに交差する方向における金属膜５のサイズ）は、例えば、０．１μｍ～５μｍ程度である。凹部６の直径Ｄは、金属膜５の厚さＴに依存しない。例えばウェットエッチングにより凹部６を形成する場合、ウェットエッチングに要する時間を凹部６の底部６ｂの直下に金属膜５を残存させて遮光性を十分に維持できるように制御することで、任意に形成できる。
　凹部６は、第２面５ｓに沿って（少なくとも１方向について）一定のピッチＰで配列されている。ピッチＰは、互いに隣り合う凹部６の中心同士の間隔である。ここでは、凹部６は、第２面５ｓに沿った２方向（互いに直交する方向）について同一のピッチＰで配列されている。ピッチＰは、例えば、０．６μｍ～２０μｍである。さらに、ピッチＰは、凹部６の直径Ｄよりも大きい。したがって、ピッチＰで互いに隣り合う凹部６の間には、凹部でない平坦な領域Ｒが生じている。換言すれば、第２面５ｓは、凹部６の周囲に設けられた平坦な領域Ｒを含む。さらに換言すれば、第２面５ｓにおいて、凹部６同士は連続しておらず、互いに離間している。
　凹部６の内面６ｓは、曲面部７を有している。ここでは、曲面部７は、第２面５ｓから凹部６の底部６ｂに延びており、第２面５ｓから底部６ｂに向かうにつれて凹部６のサイズが縮小するように曲がっている。曲面部７の断面形状は、例えば円弧状である。図４の（ｂ）に示されるように、凹部６の内面６ｓは、第２面５ｓから延びる曲面部７と、底部６ｂに位置する平坦部８とを含む場合がある。或いは、図４の（ｃ）に示されるように、凹部６の内面６ｓの全体が曲面部７であってもよい。この場合、曲面部７は、凹部６の底部６ｂを構成するように延在している。この場合、凹部６の直径Ｄは、金属膜５の厚さＴ以下である。
　引き続いて、受光素子の製造方法について説明する。ここでは、説明の容易化のため、受光素子１の構成を簡素化した受光素子の製造方法について説明する。図５は、図３に示された受光素子を簡素化した受光素子を示す部分断面図である。図５に示されるように、受光素子１０は、絶縁膜３Ｂを有していない点と配線層４に代えてパッド部４Ａを備える点とにおいて受光素子１と相違している。受光素子１０の他の点は、受光素子１と同一である。
　この製造方法においては、まず、図６の（ａ）に示されるように、半導体部２、及び、開口３Ａｈが形成された絶縁膜３Ａを有する基体５０を用意する（工程Ｓ１０１）。続いて、図６の（ｂ）に示されるように、絶縁膜３Ａ上に、金属膜５及びパッド部４Ａのための金属膜５１を成膜する（工程Ｓ１０２、第１工程）。続いて、図７の（ａ）に示されるように、金属膜５１上にレジスト５２を塗布する（工程Ｓ１０３、第１工程）。続いて、図７の（ｂ）に示されるように、レジスト５２の露光及び現像によるパターニングを行い、マスク５３を形成する（工程Ｓ１０４、第１工程）。マスク５３には、受光部１Ａに対応する位置に開口５３ｈが形成されている。
　続いて、図８の（ａ）に示されるように、マスク５３を用いて金属膜５１をエッチングする（工程Ｓ１０５、第１工程）。これにより、金属膜５１のうちの開口５３ｈに露出した部分を除去し、金属膜５４及びパッド部４Ａを形成する。金属膜５４は、後に金属膜５となる部分である。そして、図８の（ｂ）に示されるように、マスク５３を除去する（工程Ｓ１０６）。以上の工程Ｓ１０１～Ｓ１０６によって、半導体部２の第１面１ｓの一部に遮光のための金属膜５４を形成することにより、金属膜５４から露出した受光部１Ａと、金属膜５４に覆われた遮光部１Ｂと、を第１面１ｓに形成する。
　続いて、図９の（ａ）に示されるように、金属膜５４、絶縁膜３Ａ、及び、パッド部４Ａ上に、レジスト５５を塗布する（工程Ｓ２０１、第２工程）。続いて、図９の（ｂ）に示されるように、レジスト５５の露光及び現像によるパターニングを行い、マスク５６を形成する（工程Ｓ２０２、第２工程）。マスク５６には、凹部６に対応するように複数の開口５６ｈが形成されている。
　続いて、図１０の（ａ）に示されるように、マスク５６を用いて金属膜５４をエッチングすることにより、金属膜５４に複数の凹部６を形成し、金属膜５を形成する（工程Ｓ２０３、第２工程）。ここでのエッチングは、例えばウェットエッチング等の等方性のエッチングである。ここでは、マスク５６の開口５６ｈのサイズ及びピッチ、工程Ｓ２０３のエッチング時間等の制御により、凹部６の直径Ｄ及びピッチＰを制御できる。
　そして、図１０の（ｂ）に示されるように、マスク５６を除去する（工程Ｓ２０４）。以上の工程Ｓ２０１～Ｓ２０４によって、金属膜５４における第１面１ｓと反対側に臨む第２面の等方性のエッチングにより、第２面（第２面５ｓ）に複数の凹部６を形成する。これにより、受光素子１０が得られる。
　以上説明したように、受光素子１，１０においては、半導体部２の第１面１ｓの遮光部１Ｂ上に、遮光のための金属膜５が形成されている。金属膜５は、第１面１ｓと反対側に臨む第２面５ｓを有する。第２面５ｓには、複数の凹部６が形成されている。そして、凹部６の内面６ｓは、金属膜５の第２面５ｓから凹部６の底部６ｂに向かうにつれて凹部６が縮小するように曲がる曲面部７を含む。このため、金属膜５の第２面５ｓに入射した光の一部が、凹部６の内面６ｓの曲面部７によって種々の方向に反射されて拡散される。この結果、遮光部１Ｂにおける反射率が低減される。
　また、受光素子１，１０においては、凹部６の直径Ｄは、金属膜５の厚さＴに依存しない。例えばウェットエッチングにより凹部６を形成する場合、ウェットエッチングに要する時間を凹部６の底部６ｂの直下に金属膜５を残存させて遮光性を十分に維持できるように制御することで、任意に形成できる。
　また、受光素子１，１０においては、曲面部７は、底部６ｂを構成するように延在していてもよい。この場合、凹部６の内面６ｓの全体が曲面部７となるため、入射光を確実に拡散させることができる。
　また、受光素子１，１０においては、第２面５ｓは、凹部６の周囲に設けられた平坦な領域Ｒを含んでいる。このため、第２面５ｓにおける平坦な領域Ｒで反射した光と、凹部６の内面６ｓで反射した光との干渉によって、反射率を確実に低減可能である。
　さらに、受光素子１，１０においては、凹部６は、第２面５ｓに沿って一定のピッチＰで配列されている。このため、凹部６の形成を容易化できる。
　ここで、上述した製造方法によれば、受光部１Ａと遮光部１Ｂとを含む第１面１ｓを有する半導体部２と、遮光部１Ｂ上に設けられ、複数の凹部６が形成された金属膜５と、を備える受光素子１，１０が製造される。特に、金属膜５４の第２面の等方性エッチングによって、凹部６の内面６ｓを、金属膜５の第２面５ｓから凹部６の底部６ｂに向かうにつれて凹部６が縮小するように曲がる曲面部７を含むように形成できる。したがって、この製造方法によれば、遮光部１Ｂにおける反射率が低減された受光素子１，１０を製造できる。
　また、上述した製造方法においては、等方性のエッチングは、ウェットエッチングである。このため、ドライエッチングと比較して、エッチングにより形成される凹部６の内面６ｓが粗面化される。このため、遮光部１Ｂにおける反射率がより低減された受光素子１，１０を製造できる。
　引き続いて、上述した受光素子の実施例及び比較例について説明する。図１１は、実施例及び比較例に係る受光素子の金属膜の一部を示す写真である。図１１の（ａ）は、実施例に係る受光素子の金属膜の第２面の写真である。図１１の（ｂ）は、比較例に係る受光素子の金属膜の第２面の写真である。図１１に示される実施例では、金属膜５の材料をアルミニウムとし、マスク５６の開口５６ｈのサイズを０．８μｍとし、ウェットエッチングにより１０秒間のエッチングを行った。エッチング剤は、リン酸を含む混酸とした。一方、比較例では、金属膜の材料及びマスクの開口のサイズを実施例と同一にしつつ、３２秒間のドライエッチングを行った。ここでは、異方性のドライエッチングは、ＥＣＲ方式とした（ただし、異方性のドライエッチングはＩＣＰ方式としてもよい）。
　図１１の（ａ）に示されるように、実施例においては、第２面から底部に向かうにつれて縮小するように曲がる曲面部を含む複数の凹部６が形成された。これに対して、図１１の（ｂ）に示されるように、比較例においては、第２面から底部に向かう方向に平坦に延びる内面の凹部６Ａが形成された。
　図１２は、実施例及び比較例に係る受光素子の反射率を示すグラフである。図１２においては、実施例に係る受光素子（金属膜）の反射率Ｌ１を実線で示し、比較例に係る受光素子（金属膜）の反射率Ｌ２を破線で示している。図１２に示されるように、実施例に係る反射率Ｌ１は、波長３８０ｎｍ～波長１０４０ｎｍの測定範囲のほぼ全域において、比較例に係る反射率Ｌ２を下回った。特に、実施例に係る反射率Ｌ１は、波長５８０ｎｍ～波長１０４０ｎｍの範囲において、２０％を下回っており、反射率が十分に低減されることが確認された。
　以上の実施形態は、本発明の一側面に係る受光素子、及び、受光素子の製造方法の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明の一側面に係る受光素子、及び、受光素子の製造方法は、上記の実施形態に限定されず、任意に変更され得る。引き続いて、変形例について説明する。
　図１３は、変形例に係る受光素子の例えば、上述した受光素子１０は、図１３に示されるように変更してもよい。図１３に示される受光素子１０Ａは、受光素子１０と比較して、拡散層２ｍが変更されている。受光素子１０Ａにおいて、拡散層２ｍは、受光部１Ａの下部の領域から、金属膜５及び遮光部１Ｂの下部の領域を越えて延在している。そして、拡散層２ｍは、金属膜５の開口５ｐに対応する位置において、パッド部４Ａと接触して電気的に接続されている。このように、拡散層２ｍを配線層として使用してもよい。
　図１４は、変形例に係る金属膜を示す図である。図１４に示される金属膜５においては、凹部６のピッチＰが凹部６の直径Ｄと略一致している。このため、ピッチＰで互いに隣接する凹部６の間には、平坦な領域Ｒが実質的に形成されていない。ただし、ピッチＰと異なるピッチで隣り合う凹部６（ピッチＰでの２つの配列方向に交差する方向に隣り合う凹部６）の間には、平坦な領域Ｒが形成される。この場合には、図４の（ａ）に示される場合と比較して、第２面５ｓにおける凹部６の占める面積と領域Ｒが占める面積との割合が異なる。このように、所望する反射の態様に応じて、凹部６と領域Ｒとの面積比を適宜制御することができる。
　図１５及び図１６は、変形例に係る金属膜を示す平面図である。図１５の（ａ）に示されるように、金属膜５においては、凹部６のピッチ及びサイズをランダムとしてもよい。なお、凹部６のピッチ及びサイズのいずれか一方をランダムとしてもよい。また、図１５の（ｂ）及び図１６の（ｂ）に示されるように、凹部６の平面形状を、六角形状や四角形状といったように、円形状以外の形状としてもよい。さらには、図１５の（ｂ）及び図１６の（ａ）に示されるように、凹部６の配列のピッチを、互いに４５°の角度で交差する２方向において等しくし、三角格子状に凹部６を配列してもよい。
　また、上記実施形態においては、凹部６の形成のための等方性のエッチングとしてウェットエッチングを例示したが、例えば、ケミカドライエッチングといった等方性のドライエッチングを利用することもできる。
　さらに、上記実施形態においては、受光素子１がロータリーエンコーダに用いられる例について説明したが、本実施形態に係る受光素子１，１０，１０Ａは、これに限定されず、任意の状況での利用が可能である。
　遮光部における反射率を低減可能な受光素子、及び、受光素子の製造方法を提供できる。
　１，１０，１０Ａ…受光素子、１ｓ…第１面、１Ａ…受光部、１Ｂ…遮光部、２…半導体部、５…金属膜、５ｓ…第２面、６…凹部、６ｓ…内面、６ｂ…底部、７…曲面部、Ｒ…領域。

Claims (7)

  1. 　受光部と遮光部とを含む第１面を有する半導体部と、
    　前記遮光部上に設けられた遮光のための金属膜と、
    　を備え、
    　前記金属膜は、前記第１面と反対側に臨み光の入射を受ける第２面を有し、
    　前記第２面には、複数の凹部が形成されており、
    　前記凹部の内面は、前記第２面から前記凹部の底部に向かうにつれて前記第２面に沿った方向における前記凹部のサイズが縮小するように曲がる曲面部を含む、
    　受光素子。
  2. 　前記曲面部は、前記底部を構成するように延在している、
    　請求項１に記載の受光素子。
  3. 　前記第２面における前記凹部のサイズは、前記第２面に交差する方向における前記金属膜のサイズ以下である、
    　請求項２に記載の受光素子。
  4. 　前記第２面は、前記凹部の周囲に設けられた平坦な領域を含む、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の受光素子。
  5. 　前記凹部は、前記第２面に沿って一定のピッチで配列されている、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の受光素子。
  6. 　半導体部の第１面の一部上に遮光のための金属膜を形成することにより、前記金属膜から露出した受光部と前記金属膜に覆われた遮光部とを前記第１面に形成する第１工程と、
    　前記金属膜における前記第１面と反対側に臨む第２面の等方性のエッチングにより、前記第２面に複数の凹部を形成する第２工程と、
    　を備える受光素子の製造方法。
  7. 　前記等方性のエッチングは、ウェットエッチングである、
    　請求項６に記載の受光素子の製造方法。
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